キノコでコンピュータを作る？AI時代の電力危機を救う「菌類メモリ」の衝撃

Y Kobayashi2025年10月28日

約 9 分

人工知能（AI）の進化が社会を根底から変えつつある現代。その裏側で、増大し続けるデータセンターの膨大な電力消費と、半導体製造に伴う環境負荷が、人類にとって新たな課題としてのしかかっている。もし、この問題を解決する鍵が、私たちの食卓にも上るありふれた「キノコ」にあるとしたら、あなたは信じられるだろうか。

オハイオ州立大学の研究チームが、科学誌『PLOS One』に発表した研究成果は、まさにその驚くべき可能性を現実のものとして突きつけた。彼らは、ごく普通のシイタケ（Lentinula edodes）を使い、人間の脳の神経活動を模倣して情報を記憶・処理する「有機メモリスタ」の開発に成功したのだ。これは、レアアースも巨大な工場も必要とせず、使い終われば土に還る、究極のサステナブル・コンピューティングへの扉を開く、衝撃的な一歩である。

なぜ今、「脳」に学ぶコンピュータが必要なのか？

この画期的な研究を理解するためには、まず現代のコンピュータが抱える根本的な限界を知る必要がある。私たちが日常的に使うコンピュータは、そのほとんどが「フォン・ノイマン型アーキテクチャ」と呼ばれる設計に基づいている。これは、計算を行う「CPU」と、データを記憶する「メモリ」が分離しているのが特徴だ。

この構造は長らくコンピュータの発展を支えてきたが、AIのように膨大なデータを処理する場面では、「フォン・ノイマン・ボトルネック」と呼ばれる深刻な問題を引き起こす。CPUとメモリの間で絶えずデータをやり取りする必要があるため、処理速度に限界が生じ、膨大な電力を消費してしまうのだ。国際エネルギー機関（IEA）の報告によれば、データセンターの電力消費量は凄まじい勢いで増加しており、AIの普及がそれに拍車をかけている。

この壁を打ち破るために、世界中の研究者が注目しているのが、人間の脳の仕組みを模倣した「ニューロモーフィック・コンピューティング（脳型コンピュータ）」である。

脳の驚異的な効率性を再現する「メモリスタ」

人間の脳は、スーパーコンピュータに匹敵する、あるいはそれ以上の情報処理を、わずか20ワット程度の電力でやってのける。この驚異的なエネルギー効率の秘密は、情報を処理する「ニューロン（神経細胞）」と、その繋がりを記憶する「シナプス」が一体化している点にある。

ニューロモーフィック・コンピューティングは、この脳の構造をハードウェアで再現しようという試みだ。そして、その鍵を握るのが「メモリスタ」と呼ばれる電子部品である。

メモリスタは、抵抗（レジスタ）、コンデンサ、インダクタに続く「第4の回路素子」として1971年に理論的に存在が予測され、2008年にHPの研究チームによって初めて実証された。その最大の特徴は、「流れた電流の履歴を記憶し、それに応じて抵抗値が変化する」という点にある。

これはまさに、脳のシナプスが学習によって結合の強さを変える仕組みと酷似している。メモリスタを使えば、メモリとプロセッサの機能を一つのデバイスに統合でき、フォン・ノイマン・ボトルネックを解消し、消費電力を劇的に削減できると期待されているのだ。

しかし、従来のメモリスタ開発には大きな課題があった。製造に高価なレアメタルが必要であったり、製造プロセスが複雑でコストが高かったりする点だ。持続可能性が叫ばれる現代において、新たな環境問題を生み出しかねないというジレンマを抱えていた。

そこに、オハイオ州立大学の研究チームは、驚くべき代替案を提示した。それが「菌類」、すなわち「きのこ」だったのである。

シイタケの菌糸体が拓く、サステナブルな未来

研究チームが着目したのは、きのこの根の部分にあたる「菌糸体（Mycelium）」だ。菌糸体は、情報を伝達し、環境に適応するための複雑なネットワークを自己組織的に形成する。この性質が、メモリスタの材料として理想的だと考えられたのだ。

なぜシイタケだったのか？

数ある菌類の中からシイタケ（学名: Lentinula edodes）が選ばれたのには、明確な理由がある。

豊富な供給量: シイタケは世界中で広く栽培されており、安価で大量に入手できる。
優れた構造: その多孔質な内部構造が、電気化学的な性能を高めるのに適している。
実績と知見: 過去の研究で、シイタケ由来の炭素素材がスーパーキャパシタ（高性能な蓄電デバイス）に応用できることが示されており、電気的特性に関する知見が蓄積されていた。

研究チームは、シイタケの菌糸体を培養し、それを一度乾燥させ、実験前に再水和させるという手法をとった。このプロセスにより、生体物質でありながら長期的な安定性を確保することに成功した。

「菌類メモリ」の性能と驚くべき特性

乾燥させたシイタケの菌糸体に電極を取り付け、様々な電圧や周波数の電気信号を流す実験が行われた。その結果、菌糸体はメモリスタ特有の電気的挙動、すなわち過去に流れた電流に応じて抵抗値が変化する「記憶効果」を明確に示した。

具体的な性能は以下の通りだ。

スイッチング速度: 研究チームの報告によると、この「菌類メモリ」は1秒間に最大5,850回の電気的な状態の切り替え（スイッチング）が可能だった。これは現代のコンピュータに使われるギガヘルツ（GHz）単位のRAMと比較すれば遅い。しかし、脳がそうであるように、無数の菌類メモリを並列に接続することで、特定のタスクにおいては従来のコンピュータを凌駕する性能を発揮する可能性がある。
精度: データの読み書きの正確性は約90%に達した。実用化にはさらなる改善が必要だが、生物由来の素材を用いた初期段階の研究としては驚異的な数値と言えるだろう。研究チームは、高周波数の信号で性能が低下する課題も確認しているが、これも「より多くのきのこを回路に接続する」ことで改善できると考えている。

さらに、この菌類メモリは、従来の半導体デバイスにはない、ユニークで極めて有益な特性をいくつも備えていることが明らかになった。

生分解性と持続可能性: 最大の利点は、環境への負荷が極めて低いことだ。使用後は土に還るため、深刻化する電子廃棄物（E-waste）問題の根本的な解決策となりうる。
低コスト・省資源: 高価なレアメタルや複雑な製造施設を一切必要としない。研究を主導したJohn LaRocco氏は、「菌類とコンピューティングの探求を始めるのに必要なものは、堆肥の山と自家製の電子機器という小さなものから、培養工場という大きなものまで、今我々の目の前にある資源で全て実現可能です」と語る。
放射線耐性: シイタケは放射線に対する耐性を持つことが知られている。このため、菌類メモリは宇宙線が飛び交う過酷な環境でも安定して動作する可能性があり、宇宙探査や人工衛星への応用が期待される。

未来へのロードマップと残された課題

この研究は、コンピューティングの未来に大きな可能性を提示したが、食卓にのぼるシイタケがスマートフォンに搭載されるまでには、まだいくつものハードルを越える必要がある。

小型化（Miniaturization）: 現在の実験は目に見えるサイズの菌糸体で行われている。これをマイクロチップに集積するためには、ナノメートルスケールまで小型化する技術開発が不可欠だ。
均一性と再現性: 生物である以上、どうしても個体差が生じる。工業製品として安定した品質を確保するための培養技術の確立が求められる。
性能向上: スイッチング速度や精度のさらなる向上が実用化の鍵となる。

しかし、研究チームはこれらの課題に対しても楽観的だ。3Dプリンティング技術を用いて菌糸体の成長形状を精密に制御したり、培養技術を最適化したりすることで、性能は飛躍的に向上する可能性があると考えている。

共同著者であるQudsia Tahmina准教授は、この技術がエッジコンピューティング、航空宇宙、自律システム、ウェアラブルデバイスなど、幅広い分野で応用できる可能性を指摘している。

テクノロジーと自然が融合する未来へ

オハイオ州立大学の研究は、単に新しいコンピュータ部品の開発に留まらない。それは、人類のテクノロジーが、自然を収奪し環境を破壊する方向から、自然の叡智に学び、共生する方向へと大きく舵を切る可能性を示唆している。

「生きているコンピュータ」「成長する回路網」――。かつてSFの領域だった概念が、シイタケという身近な存在を通じて、現実のものになろうとしている。AIがもたらす利便性と、それがもたらす環境負荷というジレンマに、菌類が差し伸べた手は、私たちが築くべき持続可能な未来への、重要で、そして極めて独創的な道標となるに違いない。次にあなたがシイタケを口にするとき、その複雑な構造の中に、未来のコンピュータの原石が眠っていることを思い出してみてはいかがだろうか。

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